亚洲免费av电影一区二区三区,日韩爱爱视频,51精品视频一区二区三区,91视频爱爱,日韩欧美在线播放视频,中文字幕少妇AV,亚洲电影中文字幕,久久久久亚洲av成人网址,久久综合视频网站,国产在线不卡免费播放

        ?

        新能源汽車(chē)齒輪箱齒輪修形設(shè)計(jì)及效率分析

        2022-09-21 08:28:42董柳杰趙航楊鈺潔萬(wàn)珍平
        機(jī)床與液壓 2022年17期
        關(guān)鍵詞:修形齒廓齒面

        董柳杰,趙航,楊鈺潔,萬(wàn)珍平

        (華南理工大學(xué)機(jī)械與汽車(chē)工程學(xué)院,廣東廣州 510640)

        0 前言

        齒輪箱作為新能源汽車(chē)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的關(guān)鍵部件之一,因?yàn)槎嘧児r載荷以及制造、安裝誤差等因素,使得齒輪不可避免地產(chǎn)生嚙合沖擊、偏載和振動(dòng),尤其隨著輸入轉(zhuǎn)速的不斷提高,這些問(wèn)題愈發(fā)突顯,從而影響齒輪及齒輪箱的使用性能及壽命。因此,如何提高齒輪箱的均載特性、改善NVH性能,成為新能源汽車(chē)行業(yè)關(guān)注的焦點(diǎn)。

        齒輪修形能夠減緩因變形及制造安裝誤差等引起的嚙合干涉,減小齒面接觸應(yīng)力,降低傳遞誤差峰峰值,獲得較為均勻的齒面載荷。因此,國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)齒輪修形進(jìn)行了大量研究。OHNO、TANAKA通過(guò)建立齒輪系統(tǒng)三維有限元模型,對(duì)比分析了齒廓修形前后齒面接觸應(yīng)力的變化情況。羅彪利用模糊設(shè)計(jì)等方法對(duì)輪齒進(jìn)行多目標(biāo)綜合修形,并進(jìn)一步分析修形后齒輪系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性。袁冰等人基于齒面承載接觸分析方法建立了修形齒輪時(shí)變嚙合剛度和傳遞誤差計(jì)算模型,分析了3種修形方式對(duì)斜齒輪時(shí)變嚙合剛度和傳遞誤差的影響。張柳等人以汽車(chē)變速箱的一對(duì)斜齒輪為研究對(duì)象,分析齒輪修形對(duì)齒輪振動(dòng)噪聲的影響。封旗旗等通過(guò)對(duì)差速器齒輪進(jìn)行齒廓及螺旋線(xiàn)修形,對(duì)比分析其接觸應(yīng)力及疲勞壽命的變化。薄悅、趙玉凱以地鐵齒輪箱的主動(dòng)齒輪為研究對(duì)象,提出一種將從動(dòng)齒輪的反變形疊加于主動(dòng)齒輪的修形方法。

        綜上所述,國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)齒輪修形以及修形對(duì)齒輪傳動(dòng)性能的影響做了大量研究,但綜合考慮齒輪、軸系的彈性變形以及齒輪制造、安裝誤差等因素,同時(shí)對(duì)齒廓和齒向進(jìn)行修形的研究不多,對(duì)新能源汽車(chē)齒輪箱的設(shè)計(jì)更是如此。

        本文作者以新能源汽車(chē)齒輪箱齒輪為研究對(duì)象,考慮輪齒、齒輪軸受載變形以及齒輪制造、安裝等誤差確定齒輪齒廓及齒向修形參數(shù),對(duì)修形前后齒面接觸應(yīng)力、傳遞誤差及傳動(dòng)效率進(jìn)行仿真分析,最后制作齒輪箱樣機(jī),測(cè)試其傳動(dòng)效率,進(jìn)一步驗(yàn)證修形方法的可靠性。

        1 斜齒輪修形計(jì)算

        新能源汽車(chē)齒輪箱齒輪多為斜齒輪,在運(yùn)行過(guò)程中,由于承受多變工況載荷,各個(gè)零部件都會(huì)產(chǎn)生不同程度的彈性變形,如齒輪輪齒、軸承、齒輪箱殼體等的變形。當(dāng)齒輪輪齒發(fā)生彈性變形時(shí),會(huì)引起齒輪齒廓和齒向發(fā)生變化,導(dǎo)致齒輪在嚙合過(guò)程中產(chǎn)生沖擊、振動(dòng)和偏載。而修形能夠提高齒輪傳動(dòng)平穩(wěn)性,使得齒面受力更加均勻,從而提升齒輪箱的NVH性能及傳動(dòng)效率。齒輪修形可分為齒廓修形和齒向修形。

        1.1 齒廓修形

        齒廓修形是指將輪齒的齒頂或齒根去除一部分,以減少齒輪嚙合過(guò)程中由于輪齒彈性變形和加工誤差引起的嚙入、嚙出沖擊現(xiàn)象。齒廓修形包括修形量、修形長(zhǎng)度、修形曲線(xiàn)三要素。

        1.1.1 齒廓修形量

        齒廓修形量主要由輪齒受載產(chǎn)生的彈性變形量來(lái)確定,可由下式計(jì)算得到:

        =

        (1)

        =

        (2)

        式中:為齒廓彈性變形量,μm;為單位齒寬載荷,N/mm;為齒輪分度圓上切向力,N;為齒輪齒寬,mm;為齒輪嚙合剛度,N/(mm·μm)。

        1.1.2 齒廓修形長(zhǎng)度

        根據(jù)修形長(zhǎng)度不同,齒廓修形可分為長(zhǎng)修形和短修形。長(zhǎng)修形是以單齒嚙合的界點(diǎn)作為修形的起始點(diǎn),短修形是在漸開(kāi)線(xiàn)上保留一段基節(jié)長(zhǎng)度不修,齒頂和齒根修形長(zhǎng)度相等,修形長(zhǎng)度示意圖如圖1所示。長(zhǎng)修形主要應(yīng)用于重合度較大的斜齒輪傳動(dòng)以及恒定載荷的工況,短修形主要用于重合度較小的直齒輪傳動(dòng)和載荷較復(fù)雜的工況。文中采用長(zhǎng)修形。

        圖1 齒廓修形長(zhǎng)度

        長(zhǎng)修形時(shí)齒根修形起始點(diǎn)展開(kāi)線(xiàn)長(zhǎng)度表示為

        =(-1)×

        (3)

        齒頂修形起始點(diǎn)展開(kāi)線(xiàn)長(zhǎng)度表示為

        =

        (4)

        式中:為端面重合度;為端面基節(jié)。

        1.1.3 齒廓修形曲線(xiàn)

        修形曲線(xiàn)是指修形量從嚙合起始點(diǎn)到嚙合終點(diǎn)所產(chǎn)生變化的曲線(xiàn)。修形曲線(xiàn)表達(dá)式一般用冪函數(shù)表示:

        (5)

        式中:為嚙合位置的相對(duì)坐標(biāo);為處對(duì)應(yīng)的修形量;為最大修形量;為修形長(zhǎng)度;為冪指數(shù)。

        當(dāng)=1時(shí),修形曲線(xiàn)為一條直線(xiàn),以直線(xiàn)去除齒頂和齒根的干涉部分,但直線(xiàn)與漸開(kāi)線(xiàn)齒廓之間不光滑,使得齒輪嚙合時(shí)過(guò)渡不平穩(wěn),特別是在輕載工況下容易產(chǎn)生較大的嚙合沖擊。當(dāng)=2時(shí),修形曲線(xiàn)為拋物線(xiàn),此時(shí)修形曲線(xiàn)與漸開(kāi)線(xiàn)齒廓之間能夠很好地過(guò)渡,可以有效減小嚙合沖擊。

        1.2 齒向修形

        齒向修形是指沿齒寬方向去除一部分材料,以消除由于系統(tǒng)變形、安裝和制造誤差引起的輪齒偏載現(xiàn)象,獲得均勻的齒面載荷分布。

        齒向修形量主要由系統(tǒng)變形引起的齒輪嚙合錯(cuò)位量確定,表達(dá)式為

        =++++

        (6)

        式中:為小齒輪軸變形量;為大齒輪軸變形量;為齒輪制造誤差;為箱體變形;為軸承變形。

        對(duì)于平行軸齒輪箱,由于大齒輪軸剛性大于小齒輪軸剛性,因此只考慮小齒輪軸變形,而忽略大齒輪軸變形。小齒輪軸的彎曲變形量和扭轉(zhuǎn)變形量可由式(7)、(8)表示:

        (7)

        (8)

        式中:為寬徑比;=/;為內(nèi)孔影響系數(shù),=[1-(/)];為徑向力影響系數(shù),=1/cos;為小齒輪分度圓直徑;為軸內(nèi)孔直徑;為軸承跨距與齒寬的比值,=/;為小齒輪軸的彈性模量;為小齒輪軸的剪切模量。

        則小齒輪軸的總變形量為

        =+

        (9)

        制造誤差可由式(10)求得:

        (10)

        式中:、分別為小齒輪螺旋線(xiàn)傾斜偏差和大齒輪螺旋線(xiàn)傾斜偏差。

        1.3 齒廓、齒向修形曲線(xiàn)

        以某新能源汽車(chē)平行軸齒輪箱漸開(kāi)線(xiàn)斜齒輪為例,其中高速級(jí)齒輪速比為3.13,低速級(jí)齒輪速比為4.95,具體齒輪參數(shù)如表1所示。為簡(jiǎn)化分析,主要以高速級(jí)齒輪副的小齒輪為研究對(duì)象。根據(jù)工況計(jì)算得到高速級(jí)齒輪副小齒輪齒廓與齒向修形曲線(xiàn)分別如圖2(a)、2(b)所示。

        表1 齒輪參數(shù)

        圖2 高速級(jí)小齒輪修形曲線(xiàn)

        2 齒輪箱仿真模型構(gòu)建

        利用專(zhuān)用齒輪設(shè)計(jì)分析軟件建立齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)模型,如圖3(a)所示;殼體三維模型通過(guò)ANSYS軟件進(jìn)行有限元網(wǎng)格劃分,定義約束條件及材料屬性,然后導(dǎo)入到齒輪設(shè)計(jì)分析軟件中,通過(guò)連接節(jié)點(diǎn),得到齒輪箱模型,如圖3(b)所示。

        圖3 平行軸齒輪箱模型

        通過(guò)雨流計(jì)數(shù)法計(jì)算得到某典型工況下電動(dòng)汽車(chē)齒輪箱載荷譜,如圖4所示。將載荷譜輸入齒輪箱模型中,設(shè)置潤(rùn)滑條件,具體潤(rùn)滑參數(shù)如表2所示。

        圖4 計(jì)算用齒輪箱載荷譜分布圖

        表2 相關(guān)潤(rùn)滑參數(shù)

        3 齒輪箱性能仿真分析

        3.1 修形齒輪強(qiáng)度校核

        根據(jù)設(shè)計(jì)要求,齒輪接觸疲勞最小安全系數(shù)為1.0,齒輪彎曲疲勞最小安全系數(shù)為1.4。將用雨流計(jì)數(shù)法得到的載荷譜,運(yùn)用于齒輪強(qiáng)度校核,計(jì)算得到齒輪接觸疲勞及彎曲疲勞安全系數(shù)如表3所示。結(jié)果表明,修形后的齒輪均滿(mǎn)足校核準(zhǔn)則要求。

        表3 齒輪安全系數(shù)

        3.2 齒輪接觸應(yīng)力分析

        依據(jù)計(jì)算的電動(dòng)汽車(chē)載荷譜數(shù)據(jù),選擇循環(huán)次數(shù)較多的100 N·m扭矩段作為齒輪箱輸入扭矩,對(duì)高速級(jí)齒輪副進(jìn)行仿真分析,保證該扭矩段的齒輪接觸應(yīng)力分布合理,符合整車(chē)使用要求。

        圖5(a)為未修形的高速級(jí)齒輪齒面接觸應(yīng)力云圖,可以看出:在未修形時(shí),齒面接觸應(yīng)力分布不均勻,齒面存在偏載的情況,最大接觸應(yīng)力處于齒根附近,且最大接觸應(yīng)力為958.721 MPa。圖5(b)為修形后的齒輪齒面接觸應(yīng)力云圖,可知:修形后齒面接觸應(yīng)力分布均勻,主要集中在齒面中部,消除了齒面偏載的情況;且最大接觸應(yīng)力為746.882 MPa,較未修形齒輪齒面最大接觸應(yīng)力減小了22.1%。

        圖5 修形前、后齒面接觸應(yīng)力云圖

        3.3 傳遞誤差分析

        傳遞誤差是反映齒輪系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能的重要指標(biāo)。傳遞誤差會(huì)導(dǎo)致齒輪嚙合過(guò)程中不平穩(wěn),使得齒輪嚙合產(chǎn)生噪聲。

        圖6(a)為未修形高速級(jí)齒輪嚙合傳遞誤差曲線(xiàn),可知:傳遞誤差存在尖峰突變,且傳遞誤差峰峰值為0.097 μm。圖6(b)為修行后高速級(jí)齒輪嚙合傳遞誤差曲線(xiàn),可知:傳遞誤差曲線(xiàn)尖峰突變減少,曲線(xiàn)更加平滑,且傳遞誤差峰峰值為0.085 μm,降低了12.4%。

        圖6 修形前、后傳遞誤差曲線(xiàn)

        通過(guò)對(duì)比高速級(jí)齒輪副修形前后的傳遞誤差曲線(xiàn)及傳遞誤差峰峰值可知,齒輪修形雖不能完全消除傳遞誤差,但可以有效降低傳遞誤差峰峰值,光滑傳遞誤差曲線(xiàn),從而改善齒輪嚙合情況,提高NVH性能。

        3.4 齒輪箱傳動(dòng)效率分析

        傳動(dòng)效率是評(píng)價(jià)齒輪箱性能優(yōu)劣的重要指標(biāo)之一。圖7為修形前后油溫設(shè)置為60 ℃、輸入扭矩為100 N·m和不同轉(zhuǎn)速工況下所計(jì)算得到的傳動(dòng)效率??芍?在恒定扭矩及溫度的情況下,傳動(dòng)效率隨著轉(zhuǎn)速的增大呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢(shì),且修形后齒輪傳動(dòng)效率大于未修形齒輪傳動(dòng)效率,驗(yàn)證了修形設(shè)計(jì)的有效性。

        圖7 齒輪修形前、后傳動(dòng)效率曲線(xiàn)

        4 齒輪箱傳動(dòng)效率測(cè)試

        根據(jù)上述齒輪參數(shù)及修形參數(shù),加工裝配齒輪箱樣機(jī)進(jìn)行傳動(dòng)效率測(cè)試,如圖8所示。

        圖8 齒輪箱樣機(jī)效率測(cè)試平臺(tái)

        在測(cè)試前,先對(duì)樣機(jī)進(jìn)行磨合,規(guī)范如下:

        (1)輸入軸轉(zhuǎn)速為3 750 r/min,偏差為±10 r/min;

        (2)輸入軸扭矩為75 N·m,偏差為±5 N·m;

        (3)正轉(zhuǎn)磨合時(shí)間1 h,反轉(zhuǎn)磨合時(shí)間0.5 h;

        (4)磨合完成后更換潤(rùn)滑油。

        按照表4所示的工況對(duì)齒輪箱進(jìn)行傳動(dòng)效率測(cè)試,然后對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,取各工況點(diǎn)穩(wěn)定運(yùn)行后的效率均值,得到每個(gè)工況點(diǎn)的效率數(shù)據(jù),并與前文效率仿真數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比,如圖9所示??芍盒蕼y(cè)試結(jié)果與仿真結(jié)果基本吻合,雖然仿真結(jié)果數(shù)值稍大于實(shí)測(cè)值。這是因?yàn)樵趯?shí)際測(cè)試中,除了理論所考慮的軸承、齒輪、風(fēng)阻等功率損耗,還存在聯(lián)軸器的功率損耗、溫升以及測(cè)試環(huán)境等對(duì)效率測(cè)試的影響,這些在模型中均未考慮,因此實(shí)測(cè)齒輪箱傳動(dòng)效率值稍低于仿真計(jì)算值。

        表4 測(cè)試工況

        圖9 傳動(dòng)效率仿真與測(cè)試對(duì)比圖

        進(jìn)一步以轉(zhuǎn)速為橫坐標(biāo),扭矩為縱坐標(biāo),繪制齒輪箱效率測(cè)試等高線(xiàn)Map圖,如圖10(a)(b)所示。

        圖10 齒輪箱傳動(dòng)效率等高線(xiàn)Map圖

        從圖10可知:無(wú)論是60 ℃還是80 ℃油溫下,在低轉(zhuǎn)速(<3 000 r/min)時(shí),效率隨著扭矩的增大而減??;在高轉(zhuǎn)速(>3 000 r/min)時(shí),效率隨著扭矩的增大而增大;在低扭矩(<150 N·m)時(shí),效率隨著轉(zhuǎn)速的增大而減小,在高扭矩(>150N·m)時(shí),效率隨著轉(zhuǎn)速的增大呈現(xiàn)增大的趨勢(shì)。測(cè)試結(jié)果表明:效率受到扭矩和轉(zhuǎn)速的綜合作用,且并非線(xiàn)性關(guān)系。當(dāng)扭矩一定轉(zhuǎn)速提高,或者轉(zhuǎn)速一定扭矩增大時(shí),雖然功率增大,但齒輪箱的損失效率也增大,因此需進(jìn)一步判斷二者誰(shuí)占主導(dǎo)地位。

        5 結(jié)論

        (1)綜合考慮輪齒、齒輪軸受載變形以及齒輪制造、安裝等誤差,設(shè)計(jì)計(jì)算某新能源汽車(chē)齒輪箱高速級(jí)小齒輪的齒廓和齒向修形曲線(xiàn)。

        (2)建立齒輪箱和齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)仿真分析模型,分析齒輪修形前后齒面接觸應(yīng)力、傳遞誤差及傳動(dòng)效率的變化規(guī)律。分析發(fā)現(xiàn),修形后最大接觸應(yīng)力較未修形減小了22.1%,且消除了齒面偏載;傳遞誤差峰峰值降低了12.4%,曲線(xiàn)變得更平滑。

        (3)效率測(cè)試結(jié)果與仿真結(jié)果基本吻合,雖然仿真結(jié)果數(shù)值大于實(shí)測(cè)值。傳動(dòng)效率與扭矩和轉(zhuǎn)速并非線(xiàn)性關(guān)系,受到二者綜合作用。

        猜你喜歡
        修形齒廓齒面
        一種新型的昆蟲(chóng)仿生齒廓設(shè)計(jì)
        風(fēng)電齒輪螺旋角修形方式的探討
        基于NURBS理論的漸開(kāi)線(xiàn)齒輪齒面修復(fù)
        基于ISO 1328-1:2013的齒廓偏差評(píng)定方法研究*
        齒輪修形在直升機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)中的應(yīng)用研究
        斜齒輪對(duì)角修形設(shè)計(jì)研究
        漸開(kāi)線(xiàn)齒廓鏈輪梳齒刀的設(shè)計(jì)
        六圓弧齒廓螺旋齒輪及其嚙合特性
        基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的面齒輪齒面粗糙度研究
        高速動(dòng)車(chē)組弧齒錐齒輪齒面疲勞點(diǎn)蝕失效分析
        久久不见久久见免费影院国语| 亚洲国产人成自精在线尤物| 中文字幕在线乱码日本| 脱了老师内裤猛烈进入| 国产麻豆剧传媒精品国产av| 国产a级三级三级三级| 狠狠色噜噜狠狠狠狠色综合久| 国产麻豆一精品一AV一免费软件| 国产精品日本一区二区三区| 精品国产精品久久一区免费式| 无码中文字幕免费一区二区三区 | 色偷偷色噜噜狠狠网站30根| 日韩人妻无码一区二区三区| 婷婷色综合成人成人网小说 | 国产精品熟女少妇不卡| 无码国内精品久久人妻| 最近中文av字幕在线中文| 日韩肥熟妇无码一区二区三区| 亚洲精品一区二区三区四区久久| 国产精品国产三级国产密月| 免费人成网ww555kkk在线| 久久国产精彩视频| 一区二区三区在线观看视频免费| 懂色av一区二区三区尤物| 久久综合国产乱子伦精品免费| 亚州AV无码乱码精品国产| 国产黄色三级三级三级看三级| 亚洲av综合色区无码另类小说| 成人黄色网址| 天堂69亚洲精品中文字幕| 亚洲精品在线一区二区| 香蕉久久一区二区不卡无毒影院| 国产精品嫩草99av在线| 狠狠久久久久综合网| 国产精品视频免费一区二区三区 | 亚洲午夜福利在线视频| 国产在线不卡AV观看| 日韩亚洲国产中文字幕| 日日摸日日碰人妻无码| 精品国产黑色丝袜高跟鞋| 毛片av在线尤物一区二区|